鎢碳化物是固體的網絡嗎？

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● 是什麼定義網絡固體？

>> 網絡固體的關鍵特性

● 碳化鎢的原子結構

>> 1。六邊形（α-WC）結構

>> 2。立方（β-WC）結構

>> 鍵合特徵：共價與金屬

● 物理和化學特性

>> 熱和化學穩定性

● 合成和製造

>> 1。粉末生產

>> 2。燒結

● 利用網絡結構的應用

>> 1。切割和鑽孔工具

>> 2。耐磨塗料

>> 3。高溫組件

>> 4。消費產品

● 比較分析：WC與其他網絡固體

>> 相似之處

>> 差異

● 結論

● 常問問題

>> 1。是碳化碳酸鹽是陶瓷還是金屬？

>> 2。儘管是網絡固體，但為什麼碳化鎢碳化物仍會導致電力？

>> 3。碳化鎢的硬度與鑽石相比如何？

>> 4.哪些行業最依賴於碳化鎢？

>> 5。如何合成碳化鎢？

● 引用：

碳化通碳 （WC）是一種陶瓷化合物，以其非凡的硬度，高熔點和工業多功能性而聞名。它獨特的原子結構和粘結特徵引發了有關其將其分類為網絡固體的辯論。本文探討了其結構屬性，將其與鑽石等經典網絡固體進行了比較，研究了其綜合方法，並解決了有關其行為和應用的常見問題。

是什麼定義網絡固體？

網絡固體，也稱為共價網絡固體，是在連續三維晶格中通過共價鍵相互聯繫的材料。這些結構缺乏離散的分子，表現出高熔點，剛度和由於局部電子引起的不良電導率。經典示例包括：

- 鑽石：四面體碳晶格（圖1A）。

-Quartz（Sio₂）：矽 - 氧氣四面體的框架。

- 碳化矽（SIC）：具有交替矽和碳原子的鑽石狀結構。

網絡固體的關鍵特性

- 高熔點（例如，鑽石在3,500°C時倍增）。

- 由於剛性共價鍵引起的特殊硬度。

- 低電導率（除外的石墨除外，已取代π電子）。

- 在應力下具有最小塑性變形的脆性性質。

碳化鎢的原子結構

鎢碳化物以兩種主要形式結晶，具有獨特的粘結模式：

1。六邊形（α-WC）結構

熱力學穩定的α相採用簡單的六邊形晶格（圖1B）：

- 鎢原子形成封閉式層。

- 碳原子佔30％的三角棱柱構成，使WC比率為1：1。

- 每個鎢原子鍵共價為六個碳鄰居（鍵長：220 pm）。

這種佈置類似於一個3D共價網絡，類​​似於鑽石，但具有交替的金屬碳層。

2。立方（β-WC）結構

亞穩態的β相具有岩鹽（NaCl）結構：

- 鎢和碳原子佔據以面部為中心的立方位置。

- 冷卻後，該階段形成在2,500°C以上，但在冷卻後迅速轉化為α-WC。

鍵合特徵：共價與金屬

儘管共價鍵在α-WC中占主導地位，但微妙的金屬性狀出現：

- 部分電子離域化：鎢的重疊d軌道允許有限的電子遷移率，從而比陶瓷更接近金屬的電阻率（〜0.2μΩ·m）。

- 複合材料中的延展性：純WC是脆性的，但是添加鈷（CO）粘合劑可以在應力下塑性變形。

物理和化學特性

碳化通碳牙呈現陶瓷和金屬特性：

屬性	碳化碳化物	鑽石	鋼（AISI 1045）
硬度（MOHS）	9.0–9.5	10	4–4.5
熔點（°C）	2,870	3,500（昇華）	1,425–1,520
電阻率（μΩ·M）	0.2	〜10⊃1;⊃2;	0.15
導熱率（w/m·k）	110	900–2,300	50
抗壓強度（GPA）	6.76	110	0.25–0.35

熱和化學穩定性

- 氧化耐藥性：穩定的空氣穩定，高達500–600°C；形式wo₃和高於600°C的co。

- 抗酸性：對鹽酸和硫酸的惰性，但溶於HF/HNO₃混合物中。

合成和製造

碳化鎢分為兩個階段合成：

1。粉末生產

- 直接化精：鎢粉與1,400–2,000°C的碳黑色反應：

W+CΔWC

- 氣相方法：化學蒸氣沉積（CVD）為塗層創建超細WC粉末。

2。燒結

粉末與鈷（3-30 wt。％）混合，並在1,300–1,500°C下燒結以形成密集的複合材料（圖2）。鈷充當粘合劑，填補了WC穀物之間的空白和增強韌性。

利用網絡結構的應用

碳化通碳化物的共價晶格以其工業優勢為基礎：

1。切割和鑽孔工具

- WC-CO複合材料主導了加工行業。

- 較高的耐磨性可實現合金和復合材料的高速切割（圖3）。

2。耐磨塗料

- 高速氧燃料（HVOF）噴塗沉積物在航空航天組件上WC-CO塗料。

- 帶有WC納米顆粒的鑽石狀碳（DLC）塗料可增強汽車發動機零件。

3。高溫組件

- 火箭噴嘴襯裡：WC的熱穩定性承受推進排氣（> 2,000°C）。

- 核反應堆屏蔽：WC-B₄C複合材料阻止中子輻射。

4。消費產品

- 珠寶：燒結的WC環比鉑金或金色更好。

- 體育用品：WC尖頭的高爾夫俱樂部和自行車踏板提高了耐用性。

比較分析：WC與其他網絡固體

相似之處

-3D共價鍵定定義結構完整性。

- 高硬度抵抗塑性變形。

差異

- 電導率：WC導電；鑽石和石英沒有。

- 斷裂韌性：WC-CO複合材料（10–20MPa√m）超過鑽石（5–10MPa√m）。

結論

由於其相互連接的共價晶格，碳化通碳酸鹽符合網絡固體的資格。但是，其金屬級的電導率和復合形式的適應性挑戰了傳統的陶瓷分類。這些雙重特徵（在其原子結構和製造創新中根深蒂固）使其在要求極高耐用性和精確度的行業中必不可少。

常問問題

1。是碳化碳酸鹽是陶瓷還是金屬？

碳化鎢是一種具有共價粘合的陶瓷。但是，它通常與像鈷這樣的金屬粘合劑結合在一起，形成了雜種特性的Cermets。

2。儘管是網絡固體，但為什麼碳化鎢碳化物仍會導致電力？

它的六邊形晶格允許部分電子離域化，類似於石墨。鎢D-軌道的重疊有助於電子遷移率，產生類似於金屬的電阻率。

3。碳化鎢的硬度與鑽石相比如何？

WC（MOHS 9.0–9.5）比鑽石（MOHS 10）稍柔軟，但比剛果（Sapphire/Ruby）硬。

4.哪些行業最依賴於碳化鎢？

採礦，航空航天和製造業使用WC用於切割工具，耐磨塗料和高溫組件。

5。如何合成碳化鎢？

WC粉是通過在1,400–2,000°C下直接化鎢金屬來產生的。用鈷粘合劑燒結會產生密集的複合材料。

引用：

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide

[2] https://www.vedantu.com/chemistry/tungsten-carbide

[3] https://scienceinfo.com/tungsten-carbide-properties-applications/

[4] https://www.istockphoto.com/photos/tungsten-carbide

[5] http://www.chinatungsten.com/tungsten-carbide/properties-of-tungsten-carbide.html

[6] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide

[7] https://www.refractorymetal.org/tungsten-carbide-uss-properties.html

[8] https://www.freepik.com/free-photos-vectors/tungsten-carbide

[9] https://en.wikipedia.org/wiki/file：-alpha_tungsten_carbide_crystal_structure.jpg

[10] https://lodricrouxmatsci.wordpress.com/35-2/

[11] https://www.doubtnut.com/qna/12974648

[12] http://www.tungsten-carbide.com.cn

[13] https://periodictable.com/elements/074/pictures.html